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 Ein (etwas anderer) Ronchi-/ Foucault-Tester...

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Ü B E R S I C H T    
Romeo167 Erstellt am: 28.07.2020 : 18:12:10 Uhr
Hallo allerseits,

1986 war ich noch Lehrling bei einem Formenbau- und Spritzgusswerk und in jenem Jahr besuchte ich im Wr. Planetarium einen Spiegelschleifkurs, welcher von Hermann Koberger (sen.), der sich inzw. auf Vilaflor, Tenerife (1500m Meereshöhe) eine eigene Sternwarte ("Estacion Astronomica Vilaflor") gebaut hat, geleitet wurde. Seine Kompetenz auf dem Gebiet des Spiegelschleifens war enorm und führte bei jedem Kursteilnehmer rasch zum Erfolg. Bei meiner Suche nach Infos übers Spiegelschleifen fand ich letztes Jahr durch einen puren Zufall unter der Website des Wr. astronomischen Büros ('astronomisches-buero-wien.or.at') ein Foto genau dieses Kurses und mit Erstaunen und Begeisterung erkannte ich mich auf dem Foto. Nach einer Kontaktaufnahme mit den beiden Herren Mucke sowie Koberger (jun.) erhielt ich ein weiteres Foto und die Genehmigung zur Veröffentlichung.



Gerne erinnere ich mich heute noch an diesen Workshop, Hermann Koberger (sen.) hat mir (und vielen anderen) tolle Einsichten in das Gebiet der Optik, bzw. des Teleskop-Selbstbaus ermöglicht und darüber hinaus mein Interesse an Technik und Wissenschaft gestärkt.

Was mir vor allem sehr gut in Erinnerung geblieben ist, ist nicht nur die einfache Technik, bzw. Arbeitsweise des Spiegelschleifens, sondern auch die geniale Konstruktion seines kombinierten Ronchi-/ Foucault-Testers - als hätte sich dies für immer in mein Gedächtnis gebrannt! Nun hab ich vor kurzem auf einer englischen Seite gelesen, dass sich Ronchi- und Foucaulttests nicht nur zum Prüfen von Spiegeln eignen, sondern auch zum Testen von Objektiven, was mich zum Bau eines kombinierten Ronchi-/ Foucault-Testers veranlasste. Diesen möchte ich hier nun gerne vorstellen.



Zu aller erst fertigte ich eine grobe Skizze an, um mir im Voraus ein Bild des Geräts zu machen, gleichzeitig bezog ich ein paar eigene Überlegungen und Ideen in meine Konstruktion ein. Die meisten Tester, und auch jener, den wir im Spiegelschleifkurs hatten, waren recht einfach - beinahe schon primitiv aussehend - aus unbeschichteten Spanplatten gefertigt, was ja an sich auch völlig ausreichend ist. Doch, wie heißt es so schön? "Das Auge isst mit!" Deshalb beschloss ich, auch dem Aussehen meines Testers große Bedeutung beizumessen und so entschied ich mich, meinen Tester komplett aus Siebdruckplatten (beidseitig beschichtete Multiplexplatten) zu fertigen.

Die Grundplatte ist eine 21mm dicke Siebdruckplatte, auf ihr habe ich für die Führung des Messschlittens zwei Wellenböcke und eine gehärtete Linearwelle geschraubt. Diese nimmt zwei Linearlager mit Gehäuse auf, welche zusammen mit einer 21mm dicken Siebdruckplatte den Messschlitten darstellen. Die Platte für den Messschlitten hat zusätzlich einen Ausschnitt, um zu vermeiden, dass der Messschlitten eventuell mit der Lichtquelle zusammenstößt.



Eine Siebdruckplatte, 21mm dick, die im 90-Grad-Winkel an die Grundplatte geschraubt ist, stellt die Basis für den Feintrieb - dieser ist ein M6-Gewindetrieb - sowie die Messfläche für die Messuhr dar. (Ich bin noch am Überlegen, ob ich den jetzigen Gewindetrieb später durch eine Einbau-Messschraube ersetze.) Damit der Feintrieb, bzw. die Stellschraube sich - bedingt durch den Federzug des Messschlittens - nicht direkt ins Holz drückt, habe ich an die entsprechende Fläche ein Objektträger-Glas, wie es in der Mikroskopie benutzt wird, geklebt. Ein ebensolches dient - teils aus demselben Grund, teils aus Gründen der Messgenauigkeit - als Messfläche für die Messuhr, bzw. die Messspitze.


Eine weitere Stellschraube, die senkrecht an den Messschlitten angebracht ist, dient zum Einschwenken der Messerschneide - diese ist eine gewöhnliche Rasierklinge - in den Strahlengang. Der Messschlitten steht in zwei Richtungen unter permanenten Federzug, einerseits gegen den Feintrieb, andererseits gegen die ,,Einschwenk"-Stellschraube. Auch bei der ,,Einschwenk"-Stellschraube habe ich ein Objektträger-Glas an die Grundplatte geklebt, damit sich die Schraube durch den Federzug nicht ins Holz drückt.



Der Messschlitten nimmt zwei Dinge auf:

1.) Die Messuhr, die justierbar an den Messschlitten geschraubt ist - justierbar deshalb, damit sich beim Einschwenken der Messerschneide in den Strahlengang der Messwert nicht ändert.

2.) Der Träger für die Messerschneide und das Ronchigitter. Der Träger kann mit einem an den Messschlitten geschraubten Kniehebelspanner fixiert werden. Ursprünglich wollte ich den Träger fix an den Messschlitten schrauben, dies habe ich jedoch wegen dem Handling beim Ronchitest wieder verworfen.



Der Träger für die Messerschneide, bzw. das Ronchigitter besteht aus zwei Platten: Eine 21mm dicke Siebdruckplatte sowie eine 9mm dicke, abgeschrägte Siebdruckplatte. Die Messerschneide ist mit M3-Schrauben an der Platte angeschraubt. Für die Befestigung des Ronchigitters habe ich zwei Objektglas-Klemmen, wie sie auch bei Mikroskopen an den Objektträgern zu finden sind, geschraubt. So ist ein einfacher und rascher Wechsel verschiedener Ronchigitter gewährleistet.



Nun zur Lichtquelle: Diese ist ,,turmförmig" aufgebaut und besteht aus drei 21mm Siebdruckplatten, vier M3-Gewindestangen, und zwei Lochrasterplatinen. Eine 9V-Blockbatterie, ein 180Ohm-Widerstand, ein Kippschalter und eine weiße 10mm-LED sorgen für genügend Licht beim Prüfen. Ein Vierkant-Alurohr dient als Träger für die beiden Blenden, zur Auswahl stehen eine Lochblende (,,künstlicher Stern") und eine Spaltblende (0,1mm breit) zur Verfügung. Der gesamte ,,Lichtturm" ist geringfügig drehbar an der Grundplatte des Ronchi-/ Foucault-Testers befestigt, der Träger für die Blenden ist leicht abnehmbar, bzw. lediglich über den ,,Lichtturm" gestülpt.

Die Lochblende habe ich aus 0,1mm-Alublech gefertigt. Hier waren einige Versuche nötig, um mit einer entsprechend dünnen Stecknadel ein möglichst kleines Loch in das Blech zu stechen. Die Lochblende habe ich mit einer Karosseriescheibe, bzw. M3-Schrauben an das Vierkantrohr geschraubt. Die Spaltblende war hingegen etwas einfacher zu fertigen, sie besteht aus zwei Rasierklingen, die ich aus einem Einwegrasierer ausgebaut habe. Die Klingen habe ich ebenfalls mit M3-Schrauben an das Vierkantrohr geschraubt und unter einem Mikroskop habe ich vor dem endgültigen Festschrauben den Lichtspalt von 0,1mm eingestellt.

Die Herstellung des Ronchigitters war recht einfach: zuerst habe ich mit einem Bildbearbeitungsprogramm 2mm dicke Striche gezeichnet, diese sind ebenfalls 2mm voneinander entfernt. Anschließend habe ich dies 1:1 auf A4-Briefpapier ausgedruckt und den Ausdruck mit einer guten alten analogen Kamera unter Verwendung eines 50mm-Objektivs aus 1 Meter Entfernung abfotografiert, als Film verwendete ich gewöhnlichen SW-Kleinbildfilm. Nach dem Entwickeln des Films erhielt ich recht saubere Ronchigitter, die ich noch - zwecks Handling - zwischen quadratischen, bzw. mittig gelochten DC-Fix-Folien geklebt habe. Dieses Verfahren der Herstellung eines Ronchigitters entnahm ich aus dem Buch ,,Spiegeoptik" v. Kurt Wenske (SuW-Taschenbuch Nr. 7).

Die ersten Ronchi- und Foucaulttests an einem 10" F/5-Spiegel waren recht vielversprechend, jedoch stellte ich fest, dass die LED doch ein wenig zu hell ist. Ein kleines Stück in den Strahlengang geschobene Graufilterfolie behob jedoch rasch dieses Problem. Hier werde ich mir aber noch einen Dimmer für die LED überlegen. Als weitere Verfeinerung klebte ich im Vierkant-Alurohr, direkt hinter Loch-, bzw. Spaltblende je ein kleines Stück Milchglas.

Gruß Romeo
D I E    7   L E T Z T E N    A N T W O R T E N    (Neue zuerst)
BeatK Erstellt am: 03.08.2020 : 13:56:52 Uhr
Hallo Romeo

Beim Foucault Test werden die vom theoretisch perfekten Strahlengang abweichenden Strahlen sichtbar gemacht oder blockiert. Das funktioniert praktisch mit jeder Anordnung hervorragend, wie Du schreibst, aber nur wenn die Abweichung gross ist. Im Endstadium der Politur möchten wir aber möglichst kleine Aberrationen detektieren können. Wenn wir sie nicht wahrnehmen, überschätzen wir die Güte des Prüflings. Um dich zu zitieren, wollen wir nicht nur nach Rom, sondern in den Petersdom…

Beim Tester müssen dafür bestimmte Bedingungen erfüllt sein. Texereau beschreibt sie auf Seite 69 der Second Edition. Ein Pinhole der verlangten Güte wird kaum für weniger als 100 Euro zu erhalten sein. Einen Spalt herzustellen, wie er es beschreibt, ist kein Problem. Um die Empfindlichkeit zu erhalten, muss aber die Schneide exakt parallel zum Spalt eingeführt werden (Malacara 1992), was beim beschriebenen (auch Deinem) Tester nicht der Fall ist.

Um das Problem der Parallelität elegant zu lösen hat Dakin 1967 den oben erwähnten, genial einfachen Slitless Tester vorgestellt. Das Buch von Texereau, auch die Übersetzung ins Englische, haben ein früheres Datum, sodass diese Foucault Variante darin nicht vorkommt.

Mit Gruss, Beat

Romeo167 Erstellt am: 02.08.2020 : 13:22:58 Uhr
Zitat:
Dein Tester ist zum Anschauen wirklich super. Nun soll er aber zum Durchschauen mindestens so gut sein.


Hallo BeatK,

wie ich bereits gesagt habe und auch schon bestätigt wurde, funktioniert der Tester hervorragend. Inzwischen wurden mit ihm in unserem Verein und unserem MakerSpace auch schon andere Spiegel getestet und er hat sich in allen Fällen bestens bewährt.

Konstruktive Kritik und Anregungen sind natürlich stets willkommen - wie heißt es so schön? "Viele Wege führen nach Rom!"

Deine Anregungen werde ich beim Bau meines nächsten Testers miteinbeziehen.

Gruß Romeo
BeatK Erstellt am: 29.07.2020 : 17:25:09 Uhr
Hallo Romeo

Dein Tester ist zum Anschauen wirklich super. Nun soll er aber zum Durchschauen mindestens so gut sein. Ich mute Dir ein paar Vorschläge zu, nachdem ich aktuell meinen Tester optimiere.

Prinzipiell bewegen wir den Spalt (Punktquelle) mit der Schneide (Ronchi Gitter etc.) zusammen. Du kannst dann den ungemein praktischen Slitless Tester anbringen und die Parallaxe kann sehr klein gehalten werden. Mein Vorbild ist der Tester, welcher in „Optical Shop Testing“ von Malacara (1992) abgebildet ist. (Im Schema ist wohl aus Versehen oben und unten vertauscht.)




Mit den heutigen Bauteilen ist alles einfach geworden.

Slitless Tester: Lichtquelle zusammen mit der Öffnung mittels der Rasierklinge zur Hälfte abgedeckt. Gibt auf einfachste Weise einen beliebig engen Spalt. Für Ronchi kannst Du beide Öffnungen mit demselben Gitter gleichzeitig abdecken. Wir haben das seinerzeit mit einem Drahtgitter gemacht. Deine fotographische Variante geht aber auch sehr gut.




Punktquelle: Zum Testen z.B. mit einem Okular („Startest“) oder auch für gewisse quantitative Tests möchte man ein Pinhole von wenigen Mikron. Gut geht eine rote Laserdiode im LED Modus, billig zu haben. Dein Loch in der Folie ist zu gross.

Meinen neuen Tester mache ich mit auswechselbaren Einheiten, die in eine 2 Zoll Hülse drehbar passen. (Ich will es drehbar, weil ich auch den Astigmatismus testen will und das so einfach zu realisieren ist.) Alles aus Sperrholz mit einfachen Werkzeugen gefertigt. Hier die Variante mit Laserdiode als Punktquelle und daneben ein Okularhalter:



Auswechselbar in einer Verlängerungs-Hülse:



Diese wird auf dem Tester viel kürzen sein und natürlich horizontal gegen den Prüfling hin. Man kann dann auch bequem einen Laserkollimator einführen, um die Testanordnung zu justieren.

Ob meine Anregungen willkommen sind?

Gruss, Beat
Romeo167 Erstellt am: 29.07.2020 : 16:31:52 Uhr
Zitat:
Kritisch sehe ich allerdings den relativ großen seitlichen Abstand zwischen Lichtquelle und Messerklinge.


Hallo Michael,

der Abstand ist nicht so groß, wie es den Anschein hat. Wie im Buch von Jean Texereau vorgegeben, ist der Abstand 1 1/4". er kann aber noch verkleinert werden, da der Träger, der Messerschneide und Ronchigitter aufnimmt, nicht fix montiert ist, sondern nur mit dem Kniehebelspanner am Messschlitten festgespannt ist. Er kann also jederzeit gelöst und verschoben werden und bleibt auch "von alleine" stehen.

Gruß Romeo

Romeo167 Erstellt am: 28.07.2020 : 22:47:21 Uhr
Hallo Kalle,

um meinem Beitrag abschliessend etwas hinzuzufügen: Der Lichtspalt ist für den Ronchitest gedacht, der "künstliche Stern" für den Foucaulttest. Ich habe mich bei der Planung und Fertigung an die damaligen Vorgaben von Hermann Koberger, sowie an die Beschreibungen der Bücher "Spiegeoptik" v. Kurt Wenske (SuW-Taschenbuch Nr. 7), "How to Make a Telescope" v. Jean Texereau, sowie "Amateur Telescope Making" v. Albert Ingalls gehalten.

Auch der Ronchi-/Foucault-Tester v. Hermann Koberger funktionierte auf die selbe Weise, nur hatte seine Variante damals keine Messuhr angebaut.

Gruß Romeo
mkoch Erstellt am: 28.07.2020 : 22:35:03 Uhr
Hallo Kalle,

Zitat:
Original erstellt von: Kalle66
Ich sehe ein Problem bei Deiner Lösung, bei der die Lichtquelle mit eigenem Spalt (Klinge) getrennt von der Ableseklinge aufgebaut ist. Und das ist der Kippmechanismus ...



Das passt schon, weil die Winkel-Änderung vernachlässigbar klein ist. Der Foucault-Tester im Buch von Texereau ist genauso aufgebaut und funktioniert gut.
Kritisch sehe ich allerdings den relativ großen seitlichen Abstand zwischen Lichtquelle und Messerklinge.

Gruß
Michael
Kalle66 Erstellt am: 28.07.2020 : 20:13:32 Uhr
Hi Romeo,
ich hoffe, ich sehe das jetzt richtig. Du baust einen Tester mit fixer Lichtquelle. Die Alternative wäre ein Tester mit (mit)-bewegter Lichtquelle (also auf dem Schlitten, der die Klinge vor und zurück bewegt). Weiterhin hat der Tester einen Kippmechanismus zur Querjustage.

Ich sehe ein Problem bei Deiner Lösung, bei der die Lichtquelle mit eigenem Spalt (Klinge) getrennt von der Ableseklinge aufgebaut ist. Und das ist der Kippmechanismus ...

Der Lichtspalt und die Ableseklinge müssen ja parallel zueinander sein, was gerade beim Hineinkippen dann jedesmal nachjustiert werden müsste. Das Hineinkippen machst du ja nicht, um die Klingen parallel zu kriegen, sondern um die Raumlage des Fokus mit dem Tester genau zu treffen (also die Stelle im Raum, wo überhaupt das Foucaultbild ausgeleuchtet wird). Dieses Finden im Raum ist min. so empfindlich wie der Lichtspalt schmal ist, wenn nicht sogar noch empfindlicher, weil letztlich nur eine Klinge des Spalts beim Foucaulttest wirksam ist. Das ist die Stelle, wo man durch das Hineinkippen im Mikrometerbereich bei einem perfekten Kugelspiegel von voller Ausleuchtung auf absolute Dunkelheit wechselt und der Übergang von hell auf dunkel nur noch von Beugungseffekten weich gehalten wird.
Nur an dieser Stelle und entsprechend parallel ausgerichteten Klingen macht es überhaupt Sinn, per Mikrometeruhr die Schnittweiten von Zonen zu messen. Die Parallelizität versaust Du Dir aber jedesmal, wenn du am Kippmechanismus die Klinge positionierst.


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